Smart roads e veicoli connessi: il progetto C-Mobility per incroci urbani più sicuri ed efficienti

Secondo un rapporto ISTAT del 2022, circa il 15% degli incidenti stradali ha coinvolto veicoli di emergenza, spesso in collisioni ad alta velocità. In risposta a questa problematica, il progetto C-Mobility (Borgo 4.0), promosso dall’ANFIA e dalla regione Campania, si è concentrato sullo sviluppo di applicazioni per le comunicazioni V2X (Vehicle-to-Everything). Queste tecnologie permettono lo scambio di informazioni in tempo reale tra veicoli, infrastrutture e altri utenti della strada, rappresentando una chiave per la mobilità intelligente del futuro.

Le comunicazioni V2X si suddividono in tre categorie principali:

Vehicle-to-Infrastructure (V2I) dove l’infrastruttura stradale fornisce ai veicoli informazioni su traffico, condizioni meteo, limiti di velocità e incidenti.
Vehicle-to-Vehicle (V2V) che permette lo scambio in tempo reale di informazioni tra i veicoli.
Vehicle-to-Pedestrian (V2P) dove i veicoli rilevano i pedoni tramite sensori e comunicano avvisi di collisione imminente.

Un protocollo fondamentale per queste comunicazioni è il Dedicated Short Range Communication (DSRC), basato sullo standard IEEE 802.11p e operante nella banda di frequenza dei 5.9 GHz, esclusivamente dedicata alle applicazioni V2X garantendo una comunicazione sicura e a bassa latenza. Tuttavia, una comunicazione V2X necessita di componenti hardware dedicate alla mobilità intelligente che sono le On Board Unit (OBU) e le Roadside Unit (RSU) visibili in Figura 1. La OBU, installata a bordo del veicolo, trasmette e riceve messaggi DSRC e fornisce avvisi al conducente. La RSU, installata su appositi pali intelligenti (es. per la pubblica illuminazione), gestisce il traffico e diffonde avvisi di sicurezza.

Figura 1 – Roadside Unit montata su un elemento di illuminazione pubblica e On Board Unit.

L’Istituto Europeo per le norme di Telecomunicazione (ETSI) definisce vari tipi di messaggi per le comunicazioni V2X:

Cooperative Awareness Message (CAM) che riportano alcune informazioni rilevate dalla OBU in vettura, come velocità, posizione e orientamento.
Decentralised Environmental Notification Message (DENM) che segnalano la presenza di un evento fino alla sua terminazione.
Map Extend Message (MAPEM) che contengono la descrizione topologica di un tratto stradale.
Signal Phase and Timing Extended Message (SPATEM) che indicano lo stato dei semafori a un incrocio.
Signal Request Extended Message (SREM) che sono utilizzati per richiedere la modifica dello stato di un semaforo. Il Signal Status Extended Message (SSEM) è il messaggio di risposta alla richiesta precedentemente inviata, indicando se è stata accettata o rifiutata.

Con il progetto C-Mobility, Netcom ha realizzato diversi scenari di comunicazione V2I tra due veicoli connessi, dotati ognuno di una OBU, e l’infrastruttura stradale intelligente dotata di RSU. Un primo prototipo di applicazione è stato sviluppato ad Orta di Atella (CE) in prossimità di un incrocio formato da cinque corsie ognuna descritta da tre nodi, come riportato in Figura 2.

Figura 2 – Immagine satellitare della mappa trasmessa dai messaggi MAPEM. I valori numerici indicano i nodi corrispondenti.

Analogamente, per la fase sperimentale finale del progetto, appositi casi d’uso sono stati realizzati nel comune di Lioni (Avellino), che rappresentava il caso pilota per le applicazioni di Smart Mobility relative alla Piattaforma Borgo 4.0. A tal riguardo, è stato realizzato un caso d’uso per gestire un attraversamento pedonale su un tratto di strada in salita e a ridosso di una curva (caso di potenziale scarsa visibilità), in prossimità di una scuola, ed un ulteriore caso d’uso per la gestione intelligente della precedenza di veicoli ad elevata priorità (ad esempio pattuglie, ambulanze) ad un incrocio che interessa Piazza San Carlo. In Figura 3 sono riportate le installazioni delle RSU sui Pali Intelligenti realizzati dall’azienda Alfano, partner di progetto.

Figura 3: Installazioni RSU a Lioni su palo intelligente prodotto da Alfano.

In generale, la RSU trasmette periodicamente messaggi MAPEM, permettendo ai veicoli nel raggio DSRC (circa 200 metri) di localizzarsi all’incrocio e scambiare messaggi tra loro. Difatti, le OBU sono in grado di stabilire in quale corsia si trovano i veicoli, confrontano la propria posizione con quella dei nodi della mappa contenuti nel messaggio MAPEM.

A titolo esemplificativo, considerando il caso d’uso per la gestione delle precedenze per veicoli ad elevata priorità, il sistema permette ai veicoli di emergenza di inviare una notifica d’avviso ai veicoli in avvicinamento all’incrocio, che ricevono l’alert tramite un sistema di infotainment fintantoché il veicolo di emergenza non ha completamente attraversato l’incrocio. L’invio e la ricezione delle notifiche avvengono tramite l’utilizzo dei messaggi DENM. In aggiunta, i dati raccolti dai dispositivi vengono inviati ad una piattaforma IoT consentendo la visualizzazione della loro posizione in tempo reale su una mappa interattiva. La Figura 4 illustra lo schema dei dispositivi e dei messaggi scambiati dalla applicazione IoT sviluppata.